UNIDAD I

Especificaciones:

El diseño esta regido por normas y especificaciones (guía para el proyectista), para la buena práctica de la ingeniería.

Reglamento:

Especifica cargas de diseño, esfuerzos de diseño, tipos de construcción, calidad de los materiales.

Instituciones:

AISC, ASTM, AASHTO.

Montaje:

Ensambles, el elemento se marca en taller y el montaje se realiza en planos que muestran la posición de las piezas.

Proyectista Estructural:

Funciones

Trazo general de la estructura

Estudio de las formas estructurales

Condiciones de carga

Análisis de esfuerzos y deflexiones

Diseño de piezas

Preparación de planos

Objetivos:

seguridad: soportar las cargas

las deformaciones y vibraciones no sean excesivas

Costos: uso de perfiles estándar

uso de conexiones simples

Cargas :

La tarea más importante de un diseñador es estimar con precisión las cargas que recibirá una estructura durante su vida útil.

Tipos de cargas:

Muertas

Vivas: lluvias, nieve, hielo, etc.

Accidentales: viento, sismo.

Longitudinales: freno brusco, choques, grúas viajeras

Otras: presión del suelo, hidrostáticas, explosivas, cambios de tiempo, fuerzas centrífugas.

Métodos de diseño:

Elástico: esfuerzos permisibles de trabajo

Plástico: diseño ultimo, al limite, al colapso.

UNIDAD II

CONEXIONES

a) Remachadas

Concepto de área neta (An)

An = AB- Ab

Ejemplo

Calcular el An de

1 perno de ø = 5/8

An = AB-#P(øb)tpl tpl = espesor de la placa

An = 10” * ½” - 1 (5/8+1/16) (1/2)

An = 4.65 in.

LÍNEAS DE FALLA

O ! falla por A-B-C-D

O ! falla por E-F-G-H

Pero nunca simultaneas

Ejemplo:

Determine An

Líneas de falla

4 pernos de ø = 7/8

An = (12” * 3/8”) - 2 (7/8” +1/16”) (3/8”)

An = 3.79 in2

Nota : cuando las placas son de diferentes espesores se tomara el menor espesor porque es más fácil que esta se fracture.

AGUJEROS ALTERNADOS

Ejemplo:

S = paso = 10 cm.

Øpernos = 2.54 cm

Solución a)

línea de falla A-B-E

An = (30 * 1.27) - (2.54+0.16)(1.27) = 34.67 cm2

Solución b)

Línea de falla A-B-C-D

Ejemplo:

Calcular el An de la conexión

Manual

Perno Máximo

Para la IR =3/4

AIR = 41.9 cm2

e = tf =0.85 cm

df = 12.7 cm como la placa es mas gruesa y no va a fallar y

el área del IR es menor y es la que trabaja se

toma esta.

An = 4.19 - 4(1.9 + 0.16))0.85)

An = 34.89 cm2

Nota para diseño

Separación mínima ! barreno y barreno = 3øb

Distancia máxima al borde de PL =12 tpl sin exceder 15 cm

Separación máxima =

TENSIÓN EN LA PLACA

Los remaches permanecen

Esfuerzos en conexiones remachadas

1) Cortante simple Fv =

2) Esfuerzos por aplastamientos fapl =

3) Tensión ft =

Ejemplo

3 pernos ø =3/4

0.785 ! área de un circulo es un factor

1) fv =

2) fapl = !Aapl = #r(dp x tpl)

3)

An = (13” x 3/4”) - 3(3/4” +1/16”)(3/4”)

An = 7.171 in2

ft =

ESFUERZO DE TRABAJOS

fv = 1054 kg/cm2 ! 15,000 Lb/Plg2

fapl = 1.35 fy ! fy =2530

ft =1518 kg/cm2 ! 22000 Lb/Plg2

Ejemplo:

Para la conexión indicada determine su capacidad considerando especificaciones del AISC

Solución

a) Corte simple

fv = Fv x Av = 1054(4)(0.785 x 1.92) =11,947 kg ! RIGE

b) Aplastamiento

fapl =fapl x Aapl = 1.35(2530)(4)(1.9 x 1.9) = 49,319 kg.

c) Tensión

ft = ft x An =1518 x 30.78 = 46,724 k.

An = AB-#(ø+1/16”)

An = 8 * 3/4" -4(3/4”+1/16”)(3/4”)

An = 30.78

JUNTAS A TOPE

a) Esfuerzos a cortante

fv =

b) Aplastamiento

fapl =

c) Tensión

ft =

Ejemplo:

Para la conexión mostrada determine el numero de remaches de ¾ necesarios para soportar la carga aplicada.

Sumando los espesores

2(1/4) = 1/2"

1/2 Vs 3/8 !se toma el menor

Determinar la capacidad de un remache de 3/4

a) Cortante Doble

Fv = P = 2 fv x Av =2(1054)(1)(0.785 x 1.92) =5,973 kg. ! RIGE

b) Aplastamiento

fapl = ; P =fapl x Aapl = 1.35 (2530)(1.9 x 3/8) = 6,164 kg

c) Tension

ft = ! No tenemos ancho de placa

N=

1

2

Para saber cual utilizar (sí soporta la tensión)

Placa 1

An =28.5 x 0.95-2(1.9+0.16)(0.95) =23.16 cm2

Por tensión

1518 (23.16) =35,158 kg ! aguanta la carga de 35000 kg.

Placa 2

An = 32.42 x 0.95 -3(1.9+0.16)(0.95) = 24.92

1518 (24.92) = 37840.70 ! se excede demasiado

M =

M=

La fuerza en cada remache es

r1=

Ejemplo:

Indique si la conexión es satisfactoria

M = Pe

M = 30 Klb. X 6” =180 Klb x in

X = 1.5”

Y = 4.5”

para el otro caso

Para el 1° remache

El mas alejado al C.G. trabaja mas

2.5+3.75=6.25

r =

f =

esfuerzo cortante permisible fv =1054 kg/cm2 ! 15 Klb/Plg2

12.43 Klb/Plg2 < 15 Klb/Plg2 si es satisfactorio

si se pasa el 1° termino truena

En un diseño también se debe evaluar la carga de 30 Klb.

Ejemplo:

Determinar la junta de la armadura

Datos manual

Sujetador superior ø = 1”

Sujetador horizontal ø = 7/8

An = 15.24 x 1.27 -2(2.54 + 0.16) 1.27 = 12.49 cm 2

r =

An = AB-Ab

AB = An + Ab

AB(PL-2) = 33.62 cm2 +2(2.22+0.16)(1.6) =36.35 cm2

Calculo de los remaches

a) Corte doble

Fv = P = 2 fv x Av = 2(1054)(1)(0.785 x 2.542) =10,676 kg. remaches

b) Aplastamiento verticales

f = ; Pperno = 1.35 fv x Aapl = 1.35(2530)(1)(2.54 x 1.27) = 11,017 kg.

a) Corte simple

Pperno= fvAv = 1054(1)(0.785 x 2.222) =4,077 kg.

remaches

b) Aplastamiento horizontales

Pperno = 1.35 (2530)(2.22 x 1.6) =12.131 kg.

a) Cortante

2(10,676)+2(4,077) = 29,506 ! RIGE

b) Aplastamiento

2(11,0171)+2(12,131) = 46,226

para acomodar los remaches

Nhilera =

Revisión

a) cortante doble + simple

6(10,676)+6(4,077) = 88,518 > 70,000

CONEXIONES ATORNILLADAS

Tornillos A-325-AR

Fabricación

Ø	1/2	5/8	3/4	7/8	1	11/8	11/4	13/8	11/2	pulgadas
T	12	19	58	39	51	56	71	85	103	Klb.

Ariete (torquimetro)

Al 70 %

Trabajo estructural de las conexiones

fricción

aplastamiento

Los esfuerzos de cortantes son los mismos que los de remaches. En una junta atornillada hay un 25 % de ahorro de peso comparado con los remaches.

CONEXIONES SOLDADAS

40000° C temperatura de soldado

La soldadura que vamos a utilizar será la soldadura de arco.

Soldadura de arco: es aquella que sale de un electrodo en forma de chispa a las piezas que se sueldan. La corriente puede ser alterna o continua.

Tipos de corrientes

Tipos de soldaduras (clasificación)

Las que más se usan en los edificios en el diseño de acero son:

1.- E-7018

2.- E-6010

este tipo de soldadura se combina bien con el A-36

clasificación de la AWS

E-7018

E-6010

Los dos primeros números se refieren a la resistencia

Ejemplo: 70,000 Lb/Plg2

El tercer numero se refiere a la posición de la soldadura

Ejemplo: hay soldaduras a) planas

b) verticales

c) sobrecarga

También indica la polaridad

El cuarto numero indica la corriente: CA o CC

Inspección

Líquidos penetrante

Radiografías

Pruebas ultrasónicas

Partículas magnéticas

Símbolos

Soldadura de ¼ de filete y 6” de longitud

Soldadura con intervalos de 8” a C a C

Soldadura de campo

TIPO DE CONEXIÓN

• Tope

• Traslapadas

Análisis

Requisitos

1.- fs = 22,000 Lb/Plg2 ! 1475 kg/cm2

2.- Longitud máxima de soldadura = 4 veces la dimensión del filete

3.- El grueso máximo del filete = tpl -1/16”

es = tpl - 1/16

4.- Para placas de ¼ el filete es de ¼ (espesor)

5.- Cuando haya remates serán igual a 2 veces el filete (mínimo un cm.)

Cual es la capacidad de la conexión que se indica en el dibujo si se utilizan especificaciones de AISC, AWS, A-36, soldadura E-70 y una soldadura de filete.

P = ?

E -7018

A-36

AISC

AWS

Solución:

Tensión placa

P = fa =22,000 x 10 x ½”= 110,000 Lb

Tensión soldadura

es =1/2 + 1/16 = 7/16

g = 0.7071 (7/16) =0.309

P = 21,000 x 0.309 x 24” =155736 Lb.

Otra forma:

La capacidad de un filete de 1/16 de una pulgada de longitud es

1/16(0.7071)(1)(21,000) = 928 Lb/Plg.

La capacidad total

928 x 7 x 24 = 155736 Lb.

O´

P = 165.15 Kg/cm x 60.96 x 7 =70,470 kg.

ARMADURAS

Utilice acero A-36 y soldadura E-70 para diseñar la altura de filete en los lados y extremos de un ángulo de (6 x 4 x ½) que trabaja como tirante a su capacidad permisible y esta conectado a una placa con el lado mayor recargado en ella.

Ppermisible = ft A

Ppermisible = 1518(30.65) = 46.53 ton.

P1 =

Capacidad de soldadura de 1/16 = 928 Lb/Plg.

Para 7/16 = 165.15 x 7 = 1156.05

(7/16 x 2)(2.54) = 2.22 !26.91-2.22 = 24.69

(7/16 x2)(2.54) = 2.22 !13.3-2.22 = 11.08

Comprobación

P = ?

L =26.91 cm de soldadura

es = 7/16

fs = 1475 kg/cm

f =

P = fs x g x L

P = 1475 (0.7071)(7/16 x 2.54) (26.91) = 31188.7 kg. !31.18 Ton.

Determine el espesor de soldadura necesario para aplicarse en una viga con cubre placa

Ix = 55359 cm4

IT =

IT = 91,668 cm4

Q = área patín x centroide a la placa

Q = (25.98 x 0.95)(27.12)

Q = 669.35 cm3

V= por los dos cordones de soldadura o 128.48 por cordón

es=

se utiliza 5/16 ya que con esta cumple

con 7/16 se queda muy sobrada

SOLDADURAS SUJETAS A CARGA EXCÉNTRICA

El punto mas alejado del centro de gravedad es el que recibe mas carga



ÿ

Ejemplo

Para solucion del problema se aumenta 1” de soldadura

ÿ = 104 pulg.

ÿ =

e =3.6+7.87 =11.47

M=Pe =22 x 11.47 =253.34



ÿ

Para obtener la capacidad se multiplica por 16 ya que 928 esta dado solo para 1/16

es = tpl - 1/16 ! tpl+1/16

tpl =1/4+1/16 =5/16 ! espesor de la placa sobre la que se va a apoyar la carga

Para saber si aguanta la placa

A = 4 x 5/16 = 5/4

> 22,000

UNIDAD III

TENSIÓN Y COMPRESIÓN

A) Tension

Requisitos :

Ejemplo:

Tensión =200 ton. ó 200000 kg.

L = 9 mts.

IR = ?

An = 149.7-4(1.9+0.16)(1.87)

An = 134.29 cm2 > 131.75 cm2 si cumple

Si se pide usar LD

no se encontro area la máxima es de 5/8

Se tomaran dos CE

A = 75.3

CE (381 x 59.1)

Ix =14,300

Iy = 364

ÿ =1.97

1.27 = longitud de la placa

2 tornillos ø = 3/4 ! diámetro permisible

IxT = 2 (19,300) + 0 =38,600

IyT =

264 > 200 no cumple se tiene que proponer un IR o colocarlos

Se seleccionaron 2 CE (12 x30) colocados frente a frente para soportar una presion de 328 Klb. Si la longitud es igual a 30 pies y se usan 2 tornillos en cada patin para conectarse con el apoyo.

Indique si es adecuado ese perfil

T = 328 Klb

L = 30 ft

2 CE (12 x30)

pernos = 7/8 «  en cada patin

Datos

A = 59.9 cm2 ! 8.81 in2

ÿ = 1.71 cm2 ! 0.67 in2

Ix = 6742.9 cm4 !162.01 in4

Iy = 213.94 cm4 !5.14 in4

tf = 1.272 cm ! 0.5 in

An = (2 x8.81)-(0.875+0.06)(0.50) =15.76 in2

P = fs x An =22,000(15.76) = 347.2 Klb > 328 Klb

Ix = 2(162.01) =324 in4 ! RIGE

Iy = 2 (5.14) + (2 x8.81) (10.66) = 2012.54 in 4

< 200 si cumple

Elementos a compression

K = 1 doblemente articulada

K= 0.65 doble empalme

K = 0.8 articulado-empotrado

Ejemplo:

Determine Pa

Datos:

K = 0.65

K = 3 mts.

ÿ =1.397 cm

Ix = 812.9 cm4

Iy = 53.3 cm4

A = 29.42 cm2

=

DISEÑO DE COLUMNAS

Datos:

L = 3.50 mts

K = 1 OR

P = 150 T.

Tubo cuadrado se propone

Solucion:

Proponer Fa =1200 kg/cm2 ! recomendable

Ejemplo

P = 150 T.

L = 3.50 m

K= 1

Proponer 4 LI

LI(5 x 3/8)

A = 23.29 cm2

Ix = Iy =368.8 cm4

=ÿ=3.53 cm

IyT = IxT = 4(363.8) + 4(23.29 x 16.472) =26.725 cm4

134.3 Ton < 150 Ton

No cumple proponer otro LI

Solucion probable

LI(5 x 7/16)

Si las columnas quedan dentro de un muro de tal modo que la columna este integramente apoyada en su dirección de su lado debil se podra usar y compara sus Ix y Iy.

El lado debil de una columna es aquel cuando por su apoyo

Ejemplo:

Un IR(peralte igual a 12”) soporta una carga de 180 T. Se considera que la columna tiene una longitud efectiva respecto a su eje mayor o fuerte de 7 mts. y de 5 mts. para su eje debil. Indique usted si el perfil es adecuado.

P =180 Ton.

L =7 m k=1

L =5 m k= 0.8

Solucion:

Se utiliza el mayor en este caso ya que se requiere proteger en esta dirección.

De la tabla de esfuerzos

fa = 1133 kg/cm2

Pa = 1133(149.7)

P = 169.7 Ton. < 180 Ton. NO CUMPLE

Se propone otro perfil

188.32 Ton. > 180 Ton. Si cumple

ARMADURAS

Tipo de armaduras

Prah

Warren

Fink

Howe

Arco

Tijera

Seleccion de la armadura

Depende:

claro

carga

cubierta

clima

iluminación

aislamiento

ventilación

declibe

fabricación

transporte

estetica

tipos de apoyo

Peso estimado de armaduras

el peso aproximado es igual al 10 % de la carga que soporta

para claros de 12 mts. y 15 mts. y un peralñte con respecto al claro de un tercio hasta ¼. El peso varia de 10 a 12 jg/m2

por cada 2.5 mts. de incremento del claro aumentar 1 kg/m2

Cargas que gravitan

C. M. (peso armadura, cubierta)

C. N. (carga de nieve, granizo)

C. V. (carga de viento)

Nota: En regiones donde no hay nieve la c, viva es la de operarios y herramientas.

P = 0.005 C x V2 ! Analisi de la presion por velocidad

Donde

V = velocidad de viento (80 Km/hr.) !se debera usar la regionalizacion del pais

C = factor que toma en cuenta la dirección del viento

Ejemplo:

Determine las fuerzas máximas de diseño y proponga perfiles a cada uno de los miembros de la estructura considerando la siguientes consideraciones de carga.

Solucion:

a) carga muerta

Peso de la armadura = 5 x 18 x 13.42 =1207 lb

Peso de la cubierta = 15 x 18 x 13.42 = 3623 lb

4 largueros = 594 lb

Peso por tablero = 5424 lb

b) Carga de nieve

peso por tablero = 20 x 12 x 18 = 4.32 Klb

c) Carga de viento

carga por barlovento = 4.2 x 13.42 x 18 =1.02 K

carga por sotavento = 9 x 13.42 x 18 =2.18 Klb

Combinación de cargas

Elemento	cargas				Combinación de cragas			CARGA DE DISEÑO
		Carga muerta	Carga de nieve	½ carga de nieve	Carga de viento izq.	C.M + C.N.	¾ (C.M. +C.V)		C.M +1/2 C.N+3/4 C.V
L0L1	+27.1	+21.6	+10.8	-4.73	+48.70	+16.77	+34.35	+48.78
L1L2	+27.1	+21.6	+10.8	-4.73	+48.70	+16.77	+34.35	+48.70
L1L3	+27.1	+17.28	+8.64	-3.57	+38.98	+13.60	+27.66	+38.98
L0V1	-30.2	-24.1	-12.05	+7.25	-59.30	-17.21	-38.61	-54.30
V1V2	-24.2	-19.3	-9.65	+6.46	-43.50	-13.30	-29.00	-43.50
V2V3	-18.2	-14.5	-7.25	+5.76	-32.70	-9.33	-21.13	-32.70
V1L1	0	0	0	0	0	0	0	0
V1L2	-6.1	-4.8	-2.40	+1.30	-10.9	-3.60	.7.52	-10.9
V2L2	+2.7	+21.6	+1.08	-0.58	+4.86	+1.60	+3.34	+4.86
V2L3	-7.6	-6.1	-3.05	+1.66	-13.7	-4.45	-9.40	-13.7
V3L3	+10.8	-8.64	+4.32	-3.59	+19.44	+5.40	+12.42	+19.44

Columnas sujetas a flexo-compresion

a) flexo unidimesional

Ejemplo:

P = 50 Ton.

M =10 T*m

Elementos de acero